微型计算机原理中的A/D转换方法与芯片推荐

D/A转换解决了将微型计算机所使用的数字信号转变为模拟信号以输出或控制其他设备的问题。与之相反，模拟-数字转换技术则被用来将来自其他设备的模拟信号转变为数字信号输入到微型计算机中以供处理。和D/A转换类似，A/D转换多数情况下针对模拟电压信号进行数字化转换。

从原理上来讲，A/D转换有两种方法：直接转换法和间接转换法。其中，间接转换法首先将电压信号转换为其他模拟信号，再将这些模拟信号转换为数字信号。间接转换法中比较有代表性的是双积分法和电压频率转换法。双积分法使用积分器将电压信号转变为与之成正比的时间间隔，再通过一定频率的计数器将这个时间间隔加以数字化。电压频率转换法则将电压信号转变为与之成正比的频率信号，再对这个频率信号进行数字化。和直接转换法相比，间接转换法的转换精度比较高，但转换速度比较慢，因而使用比较少。

在直接转换法中，最典型也最常用的是逐次逼近法，其基本思想是使用D/A转换器从数字量生成模拟信号，再将此生成的模拟信号作为参考与输入的模拟信号进行比对，并根据比对结果修正输入的数字量。这样，经过多次比较和修正就可以得到与模拟量相对应的数字值了。如果使用二分查找算法来确定比较使用的数字量，则每次比较就可以确定数字量的一个位，这样只要等于分辨率位数的比较次数就可以完成A/D转换，得到相应的数字量。

根据此原理，我们可以得到上面给出的框图（见图8-31）和逐次逼近法的转换过程。首先，初始化时将逐次逼近寄存器各位清零。转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为V_o，与送入比较器的待转换的模拟量V_i进行比较，若V_o＜V_i，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的V_o再与V_i比较，若V_o＜V_i，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。

图8-31 逐次逼近法实现A/D转换的原理框图(www.xing528.com)

根据上述原理，我们可以使用D/A转换器、电压比较器、并行I/O接口电路和一组逻辑控制电路，由一段控制程序使用二分搜索算法来控制实现比较廉价和低速的A/D转换。在需要更高集成度和更快转换速度的时候，我们可以选择一些专用的A/D转换集成芯片，如8位A/D转换芯片AD0804、AD570，12位A/D转换芯片AD1210、AD574等来完成A/D转换的功能。

A/D转换电路一般用于微型计算机对一些模拟量进行采集，这种采集一般要经过前置放大、多路汇集、采样保持、A/D转换等多个步骤完成。用于实现这一系列功能的系统被称作数据采集系统，其一般结构如图8-32所示。

图8-32 数据采集系统的基本组成

由于数据采集系统中同时存在模拟信号和数字信号，其设计要比纯数字信号电路复杂，尤其是要避免数字信号对模拟信号的干扰。在构造数据采集系统的时候，需要特别注意模拟/数字信号的共地、印制电路板的设计等问题。例如，对于模拟信号与数字信号的共地，必须做到整个系统只有一个模拟信号与数字信号的共地点、在精度要求最高的电路处共地等要求；而且设计印制电路板时要尽量把模拟信号的走线量远离高频的数字信号，等。